مروری برانواع فیلترها از نظر مقاومت در برابر فرار مصالح در سازه های ساحلی و مقایسه آنها

Transcript

1 فصلنامه علمی تخصصی مهندسی و مدیریت ساخت سال اول شماره سوم پاییز 1395 نویسنده مسئول: امیر ارسالن کرمی متین آدرس ایمیل: مروری برانواع فیلترها از نظر مقاومت در برابر فرار مصالح در سازه های ساحلی و مقایسه آنها امیر ارسالن کرمی متین دانشجوی کارشناسی ارشد سازه های دریایی دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تربیت مدرس مهدی شفیعی فر ااستاد دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تربیت مدرس چکیده: فیلترها در بسیاری از سازههای دریایی و هیدرولیکی برای جلوگیری از فرار مصالح و تامین زهکشی به کار م یروند. فیلترها در حالت کلی از نظر مقاومت در برابر فرار مصالح بستر به سه دسته هندسه بسته هندسه باز پایدار هندسه باز ناپایدار تقسیم بندی م یشوند. در فیلترهای هندسه بسته تحت هر مقدار بارگذاری هیدرودینامیکی فرار مصالح رخ نم یدهد اما در فیلترهای هندسه باز پایدار امکان فرار مصالح وجود دارد. در فیلترهای هندسه باز ناپایدار نیز مقداری فرار مصالح که مانع از وارد آمدن آسیب جدی به سازه میشود قابل قبول است. به منظور عملکرد فیلترهای هندسه باز مطالعات آزمایشگاهی گسترد های تا به امروز صورت گرفته اما هنوز هم دانش مختصری در این زمینه در دسترس است. به همین دلیل محققین حوزه هیدرولیک این روش طراحی را در سازههای ساحلی استفاده نم یکنند. لذا هم چنان در سازههای ساحلی فیلترها به صورت هندسه بسته اجرا و طراحی م یشوند. با توجه به اهمیت بسیار باالی الیه فیلتر در سازههای ساحلی این نوشتار به بررسی پیشینه مطالعاتی در زمینه دسته بندی انواع فیلترها از نظر مقاومت در برابر فرار مصالح بستر و مقایسه آنها میپردازد. کلمات کلیدی: فیلتر فیلترهای هندسه بسته هندسه باز فرار مصالح سازههای ساحلی Challenges Of Integrated Urban Water And Waste Water Management : Case Study Of Romania Amir Arsalan Karami Matin* maritime graduate student, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Tarbiat Modarres University Mehdi Shafieefar Professor, Department of Civil and Environmental Engineering, Tarbiat Modarres University V. 01 No autumn 2016 Corresponding author: Amir Arsalan Karami Matin address: a.karamimatin@modares.ac.ir

2 1- مقدمه: در مهندسی سواحل الیه فیلتر که گاهی زیرالیه نیز نامیده می شود الیهای است که جهت محافظت از مصالح الیه زیرین یا خاک زیرین در مقابل فرار مصالح ناشی از امواج و جریان ها بدون آن که فشار آب حفره ای در مصالح الیه زیرین افزایش یابد مورد استفاده قرار می گیرد. فیلتر می تواند متشکل از مصالح دانه ای ژئوتکستایل ترکیب ژئوتکستایل با مصالح دانه ای باشد. شکل زیر نمون های از الیه فیلتر در سازههای حفاظت بستر و حفاظت شیب میباشد. الزم به ذکر است که منظور از فرار مصالح در سازههای حفاظت بستر فرار مصالح بستر است و در سازههای حفاظت شیب مثل موجشکنها فرار هسته یا مغزه است فیلترهای هندسه بسته همانطور که در مقدمه ذکر شد در این فیلترها فرار مصالح تحت هیچ شرایطی رخ نخواهد داد و الیهی فیلتر اغلب با دانه بندی مشخصی که متناسب با فرض تعداد الیههای فیلتر در حالت هندسه بسته از نوع هندسه باز پایدار معموال بیشتر است و تعداد الی ههای فیلتر در نوع هندسه باز پایدار نیز احتمال م یرود از تعداد الی ههای فیلتر هندسه باز ناپایدار بیشتر باشد. چالش های مدیریت یکپارچه آب و فاضالب شهری: نمونه موردی رومانی 29 شکل 1 - نمون های از فیلتر در سازه های ساحلی] 6 [ به طور کلی الیه های فیلتر اهداف زیر را تامین می کنند: 1- جلوگیری از فرار مصالح هسته در اثر فشارهای منفی ناشی از نوسانات و حرکت سیال درون سازه و کمک به زهکشی. در غیاب الیه فیلتر یا عملکرد نامناسب آن مصالح الیه زیرین آن فرار کرده و فضاهای خالی در قسمت هایی از سازه ایجاد می کنند. در واقع سازه پوک و توخالی می شود و سطح تاج سازه نشست می کند )در موج شکن ها( و در نتیجه ممکن است باعث نشست های نامتقارن و کاهش تراز تاج سازه گردد. 2- کاهش بارهای هیدرودینامیکی بر روی الیه های سنگی خارجی سازه 3- ایجاد سطح مناسب برای احداث الیه پوششی. 4- ممانعت از نشست الیه پوششی به داخل الیه زیرین فیلتر و ایجاد بستری پایدار برای الیه پوششی. 5- توزیع مناسب وزن سازه بر روی مصالح بستر. 6- حفاظت از مصالح مغزه در مقابل توفان های متوسط طی دوره احداث سازه موج شکن. 7- جلوگیری از نفوذ دانه های ریز بستر دریا به داخل موج شکن 2 -انواع فیلترها از نظر مقاومت در برابر فرار مصالح در سازههای ساحلی فیلترها به لحاظ مقاومت در برابر فرار مصالح بستر در سازههای حفاظت شیب یا سازههای حفاظت بستر در سواحل به سه دسته تقسیم بندی میشوند: الف( فیلترهای هندس هی بسته) closed-geometrically geometrically )tight filters ب( فیلترهای هندس هی باز پایدار) filters ) Stable geometrically open ج( فیلترهای هندسهی باز ناپایدار یا فیلترهای با فرض فرار مصالح) unstable )open filters در فیلترهای با هندس هی بسته هیچ گونه فرار مصالح از بستر سازه یا هسته موج شکن تحت اثر هر مقدار بارگذاری هیدرودینامیکی اتفاق نم یافتد و در واقع تحت بارگذاری های هیدرودینامیکی پایدار است. به عبارت دیگر فواصل بین دانههای مصالح فیلتر) یا روزن ههای ژئوتکستایل( آن قدر کوچک هستند که مصالح ریز بستر سازه قادر به انتقال نبوده و نمیتوانند از الیه مورد نظر فرار کنند. در فیلترهای با هندسهی باز پایدار فضای بین دانههای فیلتر از اندازه مصالح بستر بزرگتر است و امکان فرار مصالح وجود دارد اما به طور کلی بارگذاری هیدرودینامیکی کمتر از آن است که بتواند ذرات بستر را از منافذ الیه فیلتر عبور دهد. در واقع بارهای هیدرودینامیکی امواج و هیدرولیکی جریانها کمتر از مقدار نیروی الزم برای شروع حرکت مصالح بستر هستند به همین دلیل فرار ذرات رخ نمیدهد. در فیلترهای با هندسهی باز ناپایدار نیز مانند فیلترهای هندس هی باز پایدار فضای بین دانههای فیلتر از اندازه ذرات بستر بزرگتر است اما نیروهای هیدرودینامیکی و هیدرولیکی موجود بیشتر از مقدار آستانه حرکت ذرات بستر اهستند و به همین دلیل فرار مصالح در این گونه فیلترها رخ میدهد مروری بر مطالعات فیلترهای هندسه بسته معیارهای به دست آمده در مطالعات صورت گرفته برای فیلترهای هندسه بسته به منظور جلوگیری از فرار مصالح مغزه در سازه های ساحلی به صورت مستند در جدول 1 ذکر شده است. عالوه بر آن )1981( Rankilor منحنی هایی برای طراحی فیلتر به صورت تجربی بدست آورد که در آن نمودار نسبت )d قطر مصالح فیلتر یا الیه زیرین و D قطر مصالح الیه باالیی است( تابعی از ضریب یکنواختی خاک بستر) ) است و برای جریان های دائمی پایدار و تناوبی پایدار نمودار جداگانه ای ارائه شده است. بسیاری از معیارهای به دست آمده برای فیلترهای هندسه بسته که در طراحی سازه های ساحلی استفاده می شوند شبیه به روابط فیلتر برای جریان های دائمی هستند که برگرفته از معیارهای ترزاقی در طراحی فیلتر است. طبق تحقیقات )1984( Sherard معیارهای ارائه شده نسبتا محافظه کارانه و برای که جزء معیارهای فیلترهای جریان های دائمی هستند. معیار هندسه بسته است معیاری بسیار محافظه کارانه و با ضریب اطمینان باالیی بدست آمده است )ضریب اطمینان 2 (. با این وجود سوالی مطرح می شود که آیا این معیار حتی با ضریب اطمینان 2 می تواند معیاری استاندارد و قابل قبول برای سازه های ساحلی باشد. به همین منظور تحقیقات آزمایشگاهی گسترده ای توسط De Graauw و همکاران )1983( و Molen-Kamp و همکاران )1979( و همچنین Belyashevskii و همکاران )1972( روی فیلترها با شرایط جریان تناوبی Flow( )Cyclic انجام شد ولی به پاسخی برای این سوال نرسیدند. بر اساس نتایج حاصل از تحقیقات آزمایشگاهی De Graauw و همکاران ( 1983( برای پایداری فیلترهای دان های تحت اثر جریا نهای آشفته و غیر یکنواخت معیارهای سخت گیرانه تری برای جریانهای آشفته دیده میشود) طبق گزارش.)PIANC هم چنین بدون آن که تعریفی از جریانهای بسیار آشفته ارائه داده باشد معیار زیر را ارائه داد: آخرین تحقیقات در مورد فیلترهای هندسه بسته در سازههای ساحلی توسط )2004( Schiereck صورت گرفته که منجر به تدوین سه معیار برای طراحی فیلترهای هندسه بسته گردیده است. معیارهای به دست آمده در جدول 1 ذکر شده اند. سه معیار به دست آمده از این تحقیق آزمایشگاهی به ترتیب از باال به پایین بر اساس پایداری بین الیه فیلتر و الیه بستر پایداری داخلی و نفوذ پذیری بوده است. شکل 2 نمودار دانه بندی مصالح فیلتر و بستر و نحوه به دام افتادن ذرات بستر را در فیلترهای هندسه بسته نشان م یدهد. شماره اول بهار 1395 فصلنامه علمی تخصصی

3 فرار برابر در مقاومت نظر از فیلترها برانواع مروری آنها مقایسه و ساحلی های سازه در مصالح بستر] 11 [ و فیلتر مصالح بندی دانه نمودار و بستر ذرات شدن بلوکه شکل 2 - همکاران و تحقیقاتSchürenkamp که است ذکر به الزم همچنین فراساحلی سازههای حفاظت برای های دان فیلترهای طراحی زمینه در )2012( فیلترهای طراحی در موجود معیارهای دادکه نشان بستر ذرات فرار برابر در سازههای یتواند نم و نبوده قبول قابل سازهها این حفاظت برای بسته هندسه نماید. ایمن مصالح فرار از ناشی خطرات برابر در را فراساحلی ساحلی های سازه در بسته هندسه فیلترهای برای موجود معیارهای 1 جدول در است(. زیرین الیه مصالح قطر d و باالتر الیه مصالح قطر D است) شده ذکر سازه در ای دانه فیلترهای طراحی مبنای و دارد 1 جدول در موجود معیار آخرین از برخی است. سنگی توده شکنهای موج جمله از کشور داخل ساحلی های پایداری و نفوذپذیری فیلتر از مغزه مصالح فرار از جلوگیری بر عالوه معیارها این یکنند. م تامین نیز را داخلی ناپایدار و پایدار باز هندسه فیلترهای 2-2- تفاوت شدند. داده توضیح پایدار و ناپایدار باز هندسه فیلترهای قبل بندهای در الیه مشترک سطح در وارده هیدرودینامیکی بارهای مقدار در فیلتر نوع دو این بارگذاری پایدار باز هندسه فیلترهای در دیگر عبارت به است. بستر و فیلتر فرار که مییابد کاهش آنقدر بستر و فیلتر مشترک سطح در هیدرودینامیکی نیروی از بزرگتر هیدرودینامیکی بارهای در اما یافتد. نم اتفاق بستر ریز مصالح هندسه فیلترهای در دارد. وجود مصالح فرار امکان ذرات فرار شروع برای الزم ذرات فرار و حرکت برای الزم نیروی مقدار از بیشتر وارده نیروهای ناپایدار باز در و یافتد م اتفاق مصالح فرار بینی پیش قابل و مشخص مقداری و است ریز فرار که است نحوی به فیلتر این عملکرد یدهد. م رخ نشست مقداری نتیجه ناپایداری ایجاد سازه برای که مشخصی مقدار به آن از ناشی نشست و مصالح فیلترهای در فیلتر الیههای تعداد است ممکن همچنین یشود. م محدود نکند یابد. کاهش پایدار باز هندسه حالت به نسبت ناپایدار باز هندسه 1 30 سوم شماره 1395 پاییز فصلنامه تخصصی علمی ساحلی های سازه برای بسته هندسه درفیلترهای آمده دست به معیارهای 1- جدول ساحلی سازه نوع فیلتر طراحی معیار محقق نام شماره Belyashevskii و (همکاران) 1972 Ahrens(1975) 2 Thompson و Shuttler(1976) De Graauw و (همکاران) 1983 Van Orschot(1983) SPM(1984) 6 Engineer Manual(1986) 7 8 CEM(2008) 9 یا سنگی فیلترهای شده بندی دانه های زیرالیه برای ساحلی های پوشش سنگی توده های زیرالیه برای ساحلی های پوشش سنگی توده ای دانه فیلترهای جریا بارگذاری تحت تناوبی های ن موج های زیرالیه توده های شکن سنگی سنگی آرمورهای شده بندی دانه زهکشی پتوهای های الیه )فیلتر( بستر زیرین الیه برای سنگی فیلترهای شده بندی دانه آرمور زیرالیه برای سنگی توده سازههای سنگی توده سازههای سنگی به بسیاری شباهت شود می استفاده فیلترها طراحی برای امروزه که معیارهایی باز هندسه فیلترهای زمینه در پیشین تحقیقات باز هندسه فیلترهای روی جدیدی تحقیقات میالدی 1980 دهه اواسط از پایدار باز هندسه فیلترهای روی آزمایشگاهی مطالعات ازاین تعدادی شد. انجام گردید. فیلتر الیه اقتصادیتر طراحی به منجر شده حاصل نتیجه گرفت. صورت یافتد م اتفاق پایدار( باز )هندسه فیلترها نوع این در مغزه مصالح فرار که آنجا از فرار پدیده مورد در دقیقتری آزمایشگاهی تحقیقات و تر گسترده بررسی به نیاز پایداری فیلترها این در یشود. م دیده ذرات فرار شروع در موثر شرایط و مصالح مفید عمر طول در ذرات فرار ناچیزی بسیار مقدار که یکند م پیدا مفهوم زمانی شود. دیده سازه عملکرد بررسی و بوده ناپایدار حالت برای باز هندسه فیلترهای تحقیقات عمده در مطالعات محدودیت علت است. شده محدود کمی تعداد به پایدار باز هندسه به نسبت مغزه فرار در فیلترها این عملکرد بودن نزدیک بتوان شاید را زمینه این دانست. بسته هندسه حالت آوردن دست به برای متعددی تحقیقات 1990 و 1980 سالهای طول در جریان نوع دو شد. انجام باز هندسه فیلترهای در مغزه ذرات حرکت شروع معیار بین مرز در موازی جریان 1- شد. دیده فیلترها این رفتار بررسی در متفاوت مسئله این 3 شکل بستر. و فیلتر بین مرز بر عمود جریان 2- و بستر و فیلتر و دائمی یتواند م جریانها این از ناشی بارگذاری است. کشیده تصویر به را و موازی جریانهای بررسی به فقط تحقیقات از تعدادی باشد. امواج( تناوبی) حالت 4 نهایت پرداختند.در بستر و فیلتر مرز بر عمود جریانهای به دیگر بعضی دارد: وجود زیر صورت به فیلترها این بررسی در بارگذاری بستر و فیلتر مشترک سطح با موازی دائمی نهای -جریا بستر و فیلتر مشترک سطح با موازی تناوبی نهای -جریا بستر و فیلتر مشترک سطح بر عمود دائمی نهای -جریا بستر و فیلتر مشترک سطح بر عمود تناوبی نهای -جریا بستر] 11 [ و فیلتر مشترک سطح بر عمود و موازی جریانهای شکل 3 - شود. ایجاد یتواند م نیز فوق موارد از ترکیبی که است ذکر به الزم آزمایشگاهی مدل از شده حاصل دادههای با 1984( ( همکاران و De Graauw بستر و فیلتر مشترک سطح پایداری برای معیاری به بستر حفاظت سازه یک بحرانی) i_cr هیدرولیکی گرادیان مقدار طریق از پایداری بررسی یافتند. دست از استفاده با بستر و فیلتر بین مرز در مستقیم طور به i_cr گرفت. صورت )

4 فرار برابر در مقاومت نظر از فیلترها برانواع مروری آنها مقایسه و ساحلی های سازه در مصالح 31 اول شماره 1395 بهار تغییرات از حاصل هیدرولیکی گرادیان فشار) محاسبه سنسورهای دادن قرار های هیدرولیکی گرادیان ازای به یشد. م محاسبه بود( نظر مورد مقطع در فشار بستر)- filter و فیلتر مشترک سطح در بحرانی هیدرولیکی گرادیان از بزرگتر میشود. ناپایدار سازه آن تبع به و گرفته شکل ذرات فرار ( bed interface افزایش با بستر و فیلتر مصالح قطر بین ثابت نسبت برای آزمایشها این در مسئله این علت می یافت. کاهش بحرانی هیدرولیکی گرادیان فیلتر ذرات قطر فیلتر درشت ههای دان (در pore منفذی) velocities سرعتهای بودن بزرگتر به دادههای از استفاده با همچنین گردید. گزارش فیلتر ریز ذرات به نسبت بحرانی هیدرولیکی گرادیان برای تجربی های رابط مطالعه این از آمده دست آمد: دست به فصلنامه تخصصی علمی (5) (6) اسمی قطر ثانیه بر متر حسب بر بستر مصالح در بحرانی برشی سرعت متر حسب بر بستر مصالح فیلتر و بستر مشترک سطح موازی بحرانی هیدرولیکی گرادیان فیلتر مصالح تخلخل سرعت هستند.محاسبه ریزتر آن از فیلتر ذرات درصد 15 که قطری بحرانی هیدرولیکی گرادیان که داد نشان شیلدز روش با بحرانی برشی بارگذاری در بحرانی هیدرولیکی گرادیان مقدار همان تناوبی بارگذاری در De Graauw تحقیق در شده حاصل ) Steady دائمی) flow نهای جریا که داد نشان بعدا 1998( ( Van Os بررسیهای است. )1984( همکاران و گرادیان از کوچکتر های هیدرولیکی گرادیان در است ممکن بستر ذرات فرار بیفتد. اتفاق De Graauw توسط شده محاسبه بحرانی هیدرولیکی فیلترهای روی آزمایشگاهی تحقیقات )1987( همکاران و Klein Breteler سطح با موازی غیردائمی های جریان اثر تحت ای ماسه بستر با ای دانه موج فلوم داخل در را سازه فیزیکی مدل آنها دادند. انجام بستر و فیلتر مشترک داد نشان نتایج دادند. انجام ثانیه دو پریود با خودرا آزمایشهای و ساخته ساز بحرانی هیدرولیکی گرادیان مقدار ثانیه دو از بیشتر تناوبهای دوره برای که )1984( همکاران و De Graauw فرمول از حاصل خروجی مقادیر به نزدیک میباشد. های ماس بستر یک روی آزمایشگاهی تحقیق یک )1989( Klein Breteler این در رساند. انجام به )Steady دائمی) flow جریان اثر تحت های دان فیلتر با بحرانی سرعت همچنین و شده اندازهگیری ماسه ذرات فرار مقدار آزمایشها مشترک سطح با موازی بحرانی هیدرولیکی گرادیان و ) فیلتر) الیه در و مطالعه این اساس بر گردید. محاسبه بستر ذرات فرار آستانه در بستر و فیلتر بحرانی سرعت برای روابطی )1992( Den Adel توسط شده انجام تحقیقات دائمی های جریان تحت بستر ذرات حرکت شروع مبنای که گردید ارائه فیلتر گرفت. قرار 0.1mm < (7) (8) ثانیه مجذور بر متر حسب بر ثقل gشتاب بعد بدون ضرایب ثانیه بر مربع متر حسب بر آب سینماتیکی ویسکوزیته اسمی قطر به وابسته که C,m بستر ذرات برای شیلدز Ψپارامتر بستر مصالح مغروق نسبی چگالی گرادیان برای شده ارائه رابطه اساس بر )1992( همکاران و Klein Breteler تجربی رابطه دو )1984( همکاران و De Graauw توسط بحرانی هیدرولیکی جریانهای در ) ( حسب بر بستر) T ( مصالح فرار نرخ محاسبه برای است: زیر شرح به که آوردند دست به دائمی یافته انتقال مصالح چگالی متر بر ثانیه بر مکعب متر حسب بر انتقال دبی ثانیه بر متر حسب بر فیلتر بحرانی سرعت فیلتر و بستر مشترک سطح موازی بحرانی هیدرولیکی گرادیان متناسب هیدرولیکی گرادیان و بوده آشفته جریان یک فرض با فرمولها این ذرات فرار نرخ که یدهند م نشان فوق روابط فیلتراست. الیه سرعت مجذور با گرادیان چقدر هر دیگر عبارت به است. و به وابسته بستر ریز هیدرولیکی گرادیان از مرز( موازی ( وبستر فیلتر مرز در شده ایجاد هیدرولیکی بستر مصالح فرار نرخ باشد بزرگتر است ذرات فرار شروع نقطه که بحرانی است. صادق نیز سرعتها نسبت مورد در موضوع این است. بیشتر بستر همان روی نیز آزمایش چندین )1992( همکاران و Klein Breteler مشاهده و دادند انجام تناوبی بارگذاری نحت بار این اما دانهای فیلتر و های ماس دائمی نهای جریا با بستر ذرات فرار شروع برای گذشته در که روابطی نمودند بگیرند. قرار پذیرش مورد یتواند م نیز تناوبی جریانهای شرایط در گردیده ارائه فیلترهای عملکرد بهتر درک منظور به )1999( Halter آزمایشگاهی مطالعه فلوم در تحقیق این گرفت. صورت امواج هیدرودینامیکی بارهای با باز هندسه برای امواج بحرانی ارتفاع یافتن هدف با نشده شکسته و منظم امواج با ساز موج تحقیقات در Halter گرفت. شکل آن در ناپایداری ایجاد و بستر مصالح فرار یافت: دست زیر نتایج به خود ذرات به نسبت فیلتر الیه کوچکتر ذرات برای بحرانی هیدرولیکی بار مقدار - است. بزرگتری مقدار تر درشت ضخامت با فیلتر یک از بستر ذرات فرار از جلوگیری برای تر ضخیم فیلتر یک - فیلترهای برای امواج بحرانی ارتفاع همچنین دارد. بهتری عملکرد کم است. بزرگتر ضخیمتر مییابد. کاهش موج بحرانی ارتفاع امواج بزرگتر بهای تناو دوره در - بدون حالت از کمتر موج بحرانی ارتفاع فیلتر الیه بزرگتر ههای دان برای - است. فیلتر الیه در شده محاسبه سرعتهای بین مشخصی ارتباط هیچ تحقیق این در - نشد. دیده فیلتر ذرات حرکت شروع و فیلتر مقادیر از کمتر مطالعه این در شده محاسبه بحرانی هیدرولیکی گرادیان - است. )1984( همکاران و De Graauw فرمول توسط شده محاسبه ذرات فرار شروع تعیین جهت آزمایشهایی )2001( همکاران و Sumer قرار منظم چیدمان با که آرمور بلوکهای بین از شیلدز پارامتر اساس بر مغزه یک روی فیلتر الیه آزمایشگاهی مطالعه این در دادند. انجام بودند گرفته و Cokgor گرفت. قرار بررسی مورد جریان بارگذاری تحت و های ماس بستر با )2001( همکاران و Sumer به شبیه شهایی آزمای )2005( Albayrak الیه دادند. انجام بستر در غیریکنواخت دائمی جریانهای ایجاد روی تمرکز بود. اندازه( هم ثابت) قطر با سنگی مصالح از متشکل تحقیق این در فیلتر است. بوده فیلتر الیه درون از مغزه ذرات فرار شروع روی تمرکز با مطالعه این نقاط به مغزه از یافته انتقال ذرات که دادند نشان Albayrak و Cokgor ذرات فرار مقدار آزمایش چند در وجود این با است. نگرفته صورت مشخصی شده گفته شرایط در شده منتقل ذرات حجم کلی طور به اما شد اندازهگیری است. شده گزارش کمی مقدار توسط سنگی توده شکنهای موج در باز هندسه فیلترهای روی مطالعه اولین هسته با سنگی توده شکن موج فیزیکی مدل گردید. ارائه )2006( Uelman هلند دلفت دانشگاه ساز موج فلوم داخل در ناپایدار باز هندسه فیلتر و های ماس 1.2 پریود و متر سانتی 10 ارتفاع با و منظم سازه به برخوردی امواج شد. ساخته ضخامتهای با سنگی توده شکن موج فیزیکی مدل هفت است. بوده ثانیه اهداف شد. اجرا فلوم داخل فیلتر الیه برای مختلف اسمی قطر و مختلف هسته مصالح فرار نرخ بین رابطه آوردن دست به مطالعه این از Uelman فیلتر الیه ضخامت فیلتر دانههای قطر هسته دانههای قطر ذرات فرار شروع هسته مصالح فرار که نمود مشاهده Uelman است. بوده هیدرولیکی بارهای و اندازه و ضخیم فیلتر الیه که زمانی یگیرد. م شکل معلق بار و بستر بار صورت به جریانهای توسط هسته مصالح فرار عمدتا شد اجرا کوچک هسته دانههای افزایش و فیلتر الیه ضخامت کاهش با همچنین گرفت. صورت های ورق معلق بر به بستر بار حالت از و یافته افزایش هسته ذرات فرار نرخ آن ههای دان

5 مروری برانواع فیلترها از نظر مقاومت در برابر فرار مصالح در سازه های ساحلی و مقایسه آنها تبدیل گردید. فرار مصالح هسته و عمق آن به طور کلی وابسته به ضخامت الیه فیلتر بوده و همچنین با افزایش ضخامت الیه فیلتر عمق فرار ذرات و فرسایش کل کاهش یافت. شکل 4 مقطعی از موج شکن توده سنگی در مطالعه Uelman و عمق فرار مصالح مغزه را نشان میدهد. - فرار مصالح دان های بستر تابعی از بوده و مستقل از شرایط بارگذاری است. - برای 3 > اگر الیه فیلتر نازک باشد) با ضخامتی حدود 2 تا 5 برابر قطر اسمی مصالح( نرخ فرار درات کاهش مییابد. - در شرایط بارگذاری امواج به تنهایی و جریان به تنهایی نرخ فرار مصالح بستر بسیار پایین است و برای شرایط ترکیب موج و جریان نرخ فرار افزایش مییابد. - برای 3.7 < فرار مصالح به مقدار قابل توجهی افزایش یافت. به همین دلیل انتظار م یرود در پروتوتیپ فرسایش قابل توجهی در مصالح رخ دهد. - تاثیر بسیار زیاد ضخامت الیه فیلتر روی فرار ذرات مشاهده شد. 32 شماره سوم پاییز 1395 فصلنامه علمی تخصصی شکل 4 - مقطعی از موج شکن توده سنگی در مطالعه آزمایشگاهی Uelman ]4[ )2007( Ockeloen ادامه تحقیقات )2006( Uelman را در دانشگاه دلفت با امواج نامنظم روی موج شکن توده سنگی با هسته ماس های انجام داد. 2 رابطه Ockeloen برای ناحیه فرسایش یافته بر اساس گرادیان هیدرولیکی موازی با شیب سازه ضخامت نسبی فیلتر ( ) و شرایط بارگذاری موج ارتفاع امواج طول موج و تعداد امواج( به شکل زیر ارائه داد: سطح مقطع ناحیه فرسایش یافته بر حسب متر مربع طول موج در آب عمیق بر حسب متر (گرادیان هیدرولیکی) جذر میانگین مربعات mضخامت نسبی فیلتر Nتعداد امواج از محدودی تها و نقاط ضعف این دو رابطه این است که محاسبه گرادیان هیدرولیکی دشوار بوده و در هر دو رابطه وجود دارد. همچنین تاثیر اندازه ذارت هسته در آن دیده نم یشود. نتایج مشاهده شده توسط Ockeloen عبارتند از: - مقدار فرار مصالح هسته متناسب با ریشه دوم تعداد امواج است. - مقدار نیروی الزم برای آستانه فرار مصالح به دست آمد که در مقادیر کمتر از آن هیچ فراری رخ نم یدهد. این آستانه فرار ذرات منطبق با معیارهای موجود برای طراحی فیلترهای هندسه باز است. - مقدار فرار ذرات هسته وابسته به ارتفاع و طول موج گرادیان هیدرولیکی تعداد امواج و ضخامت نسبی الیه فیلتر است. گرادیان هیدرولیکی تابعی از پارامترهای موج و پارامترهای سازه است. - پریود موج تاثیر زیادی روی فرآیند فرار مصالح دارد. بررسی فیلترهای دانه ای هندسه باز برای یک بستر افقی ماس های تحت تاثیر امواج و جریانها و ترکیب موج و جریان توسط Van Gent و Wolters )2012( در دانشگاه دلفت انجام پذیرفت. امواج تولید شده توسط فلوم موج ساز با استفاده از طیف جانسواپ با ارتفاع مشخصه 0.2 متر و سرعت جریان تا 1.25 متر بر ثانیه ساخته شد. عمق آب در تمام آزمایشها ثابت و برابر 0.4 متر و رژیم جریان نیز آشفته بوده است. Van Gent وWolters در طول اجرای مدل فیزیکی بستر ماس های مقدار فرار مصالح بستر را محاسبه کرده و رابطه بدون بعدی برای نرخ فرار ذرات بستر ارائه دادند: 3- نتیجهگیری در این مقاله انواع فیلترها در سازههای ساحلی از نظر مقاومت در برابر فرار مصالح تشریح شده و روی پیشینه مطالعاتی هر کدام جداگانه بحث شده است. فیلترها در سازههای ساحلی از نظر مقاومت در برابر فرار ذرات بستر به دو دسته هندسه بسته و هندسه باز) پایدار ناپایدار( تقسیم بندی م یشوند. تحقیقات آزمایشگاهی صورت گرفته توسط محققین مختلف روی مدل فیزیکی سازههای حفاظت بستر و موجشکنهای توده سنگی در این مقاله توضیح داده شده است. نتایج حاصل از این تحقیقات و مقایسه آنها عبارتند از: - در فیلترهای هندسه بسته فرار مصالح تحت هیچ شرایطی رخ نم یدهد و مستقل از بارهای وارده به سازه است. - بسیاری از معیارهای به دست آمده در تحقیقات پیشین فیلترهای هندسه بسته که امروزه در طراحی سازه های ساحلی استفاده می شوند شبیه به روابط فیلتر برای جریان های دائمی هستند که برگرفته از معیارهای ترزاقی در طراحی فیلتر است. - استفاده از فیلترهای هندسه باز در سازههای توده سنگی میتواند تعداد الی ههای مورد نیاز را در مقایسه با حالت فیلتر هندسه بسته کاهش دهد. - عمده ترین تفاوت فیلترهای هندسه باز پایدار و ناپایدار این است که در فیلترهای هندسه باز پایدار امکان فرار ذرات بستر به صورت بالقوه وجود دارد اما با توجه به لزوم شناخت بارهای هیدرودینامیکی در طراحی باید نیروی وارده کمتر از مقدار نیروی الزم برای شروع فرار مصالح باشد و در نهایت فرار ذرات رخ نمیدهد. اما در حالت هندسه باز ناپایدار امکان فرار ذرات به صورت بالفعل وجود داشته و حتما مقداری )محدود( اتفاق م یافتد. - استفاده از فیلترهای هندسه باز ناپایدار لزوم نیاز به پیش بینی فرار مصالح و تدوین معیاری برای مقدار قابل قبول آن دیده میشود. - فیلترهای هندسه باز ناپایدار معموال از هندسه باز پایدار اقتصادی تر بوده و فیلترهای هندسه باز پایدار از حالت هندسه بسته اقتصادی تر است. همچنین اجرای حالت هندسه باز از هندسه بسته آسان تر است. - با وجود تحقیقات متعدد در زمینه فیلترهای هندسه باز و به دست آوردن روابط تجربی گوناگون در زمینه مقدار فرار ذرات و آستانه حرکت مصالح هنوز این روش طراحی مورد قبول متخصصان حوزه هیدرولیک قرار نگرفته است. لذا نیاز به مطالعات گسترد هتر در این زمینه احساس میشود. - با توجه به تفاوت قابل توجه نرخ فرار ذرات در ترکیب موج و جریان نسبت به جریان به تنهایی و موج به تنهایی در آزمایشهای مربوط به فیلترهای هندسه باز باید حتما ترکیب موج و جریان نیز در نظر گرفته شود. مراجع [1] PIANC: State- of- the- Art of Designing and Constructing Berm Breakwaters, Report of WG 40, [2] M. R.A. van Gent, Guido Wolters. Granular slopes with openfilters under wave loading, Coastal Engineering 104 (2015). [3] Guido W and M.R.A. van Gent. granular open filters on a horizontal bed under wave and current loading. coastal engineering [4] Uelman E.F., Granular geometrically open filters in breakwaters with a sand core MSc thesis, Delft University of, چگالی نسبی مغروق مصالح بستر تعداد محدودی آزمایش نیز برای بررسی تاثیر اجرای الیه فیلتر روی فرار مصالح بستر انجام گردید. Van Gent وWolters نتایج ذکر شده در ذیل را مشاهده نمودند:

6 مروری برانواع فیلترها از نظر مقاومت در برابر فرار مصالح در سازه های ساحلی و مقایسه آنها 33 شماره سوم پاییز 1395 فصلنامه علمی تخصصی Technology, [5] Wouter.J.Ockeloen, Open filters in breakwaters with a sand core, Delft University of Technology Faculty of Civil Engineering and Geosciences, [6] David.Sch, Hocine.O, Jan. K, Fabian. K. NUMERICAL AND LABORATORY EXPERIMENTS ON STABILITY OF GRANULAR FILTERS IN MARINE ENVIRONMENT. [7] Wessel. H. Stability of open granular filters under wave loading. at the Delft University of Technology and the National University of Singapore [8] Halter, W.. (in dutch) "Het gedrag van zakkingsfilters onder de invloed van golfbelasting". MSc. Thesis Delft University of Technology [9] de Graauw, A. F., van der Meulen, T., & van der Does de Bye, M. R. Granular Filters: Design Criteria. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 80-94, [10] van Os, P Hydraulische belastingen op een geometrisch open filterconstructie. MSc. Thesis Delft University of Technology, [11] Schiereck, G. J., & Verhagen, H. Introduction to bed, bank and shore protection. Delft: VSSD, [12] SUMER, B.M., COKGOR, S., & FREDSØE, J, Suction Removal of Sediment from between Armor Blocks, Journal of hydraulic engineering, , [13] De Graauw, A.F. et al. (1983): Design criteria for granular filters. Waterloopkundig Laboratorium Delft Hydraulics Laboratory. Publication No. 287, Jan [14] Ahrens, J.P. Large wave tank tests of rip rap sta- bility. TM57-, US Army Corps of Eng., CERC, Fort Belvoir, [15] Belyashevskii, N. N. et al. (1972): Behaviour and selection of the composition of graded filters in the presence of fluc tuating flow. Gidrotechniskoe Stroiteltvo, 1972 No. 6. [16] SPM (1984): Shore Protection Manual. CERC, Vicksburg [17] Thompson, D.M.and Shuttler, R.M. (1976):Design of rip-rap slope protection against wind waves. CIRIA Report No. 61, Dec [18] Sherard, J.L. et al.: Basic properties of sand and gravel filters. ASCE, Journal of Geotechn. Eng. Div. Vol. 110, T No. 6, pp , [19] Van Oorschot, J.H. (1983): Breakwater design and the integration of practical construction techniques. Proc. Of Conf. Coastal Structures 83, ASCE. [20] den Adel H. 'Transportmodel voor filters dl 3 paralelle stroming' [21] Klein Breteler, M., Den Adel, H., Koenders, M.A.,.Placed (pitched) stone revet-ments. Filter Design Rules, Report M1795/H195, XXI. Delft Hydraulics & Geo Delft, [22] Dixen, F.H., Sumer, B.M., Fredsoe, J.Suction removal of sediment from between armor blocks. II: waves. J. Hydrol. Eng. vol ASCE, ]23[ معاونت برنامه ریزی و نظارت راهبردی ریاست جمهوری راهنمای کاربرد ژئوتکستایل در سازه های حفاظتی دریایی نشریه شماره 528. ]24[ چگینی وحید ) 1390 ( فرهنگ تشریحی مهندسی سواحل و فیزیک دریا مجموعه کتاب های مهندسی دریا.